Eliminazione dei difetti dello stampaggio a iniezione: come lo spessore delle pareti, la posizione del punto di iniezione e lo spiffero prevengono avvallamenti, deformazioni e deformazioni corte

Uno stampatore può regolare la temperatura, la pressione, la velocità di iniezione e il tempo di raffreddamento, mentre uno stampatore esperto otterrà risultati notevoli da un pezzo difficile. Ciò che nessuna impostazione di processo può fare è raffreddare un boss spesso alla stessa velocità della parete sottile accanto ad esso. Questa è la geometria, e la geometria viene decisa molto prima della stampa.

Questa guida tratta la prevenzione dei difetti in fase di progettazione: le cinque variabili geometriche che causano la maggior parte dei problemi di stampaggio, la causa di progettazione dietro ogni difetto comune, le regole per nervature e sporgenze, dove la progettazione non può davvero risolvere il problema, e una lista di controllo da eseguire prima di rilasciare una parte per l'attrezzatura. Per correggere i difetti su uno strumento già in funzione, la nostra guida per correggere i difetti di stampaggio sulla pressa copre il lato del processo.

La maggior parte dei difetti di stampaggio derivano innanzitutto da decisioni di progettazione

Segni di avvallamento, deformazioni, vuoti e linee di saldatura vengono solitamente descritti come problemi di processo perché è lì che vengono scoperti. In pratica sono tipicamente il risultato visibile di una decisione geometrica: un muro che cambia improvvisamente spessore, una sporgenza più spessa del muro su cui poggia, un cancello posizionato dove il flusso deve passare da sottile a spesso, o un angolo senza raggio. L’adeguamento del processo può ridurne la gravità e raramente li elimina.

Ciò è importante dal punto di vista commerciale perché le correzioni di progettazione sono quasi gratuite prima dell'attrezzatura e costose dopo. Una modifica dello spessore della parete in CAD costa un pomeriggio. Lo stesso cambiamento dopo il taglio dell'acciaio temprato implica saldatura e rilavorazione.

Le cinque variabili di progettazione che causano la maggior parte dei difetti

1. Spessore della parete uniforme

Questa è la regola di leva più elevata nella progettazione delle parti e quella infranta più frequentemente. Le sezioni spesse si raffreddano più lentamente di quelle sottili. Quando la regione spessa si raffredda per ultima e si restringe, attira il materiale dalla superficie, producendo un segno di depressione, oppure forma un vuoto interno se la pelle si è già congelata. Laddove le sezioni spesse e sottili si raffreddano a velocità diverse nella stessa parte, il ritiro differenziale deforma l'intera parte sotto forma di deformazione.

Mantenere costante la parete nominale su tutta la parte, ove possibile. Laddove un progetto necessita veramente di massa in una regione, l'approccio corretto è solitamente quello di eliminare la sezione spessa anziché lasciarla solida, in modo che la parete rimanga uniforme e la forza provenga dalla geometria anziché dalla massa.

2. Transizioni tra pareti

Laddove lo spessore deve cambiare, il cambiamento dovrebbe essere graduale piuttosto che brusco. Un aumento nello spessore della parete crea un improvviso cambiamento nella velocità di raffreddamento e una concentrazione di sollecitazioni nella transizione, che si manifesta come un avvallamento sulla superficie esterna e come un fattore di deformazione nella parte. Unendo la transizione su una certa distanza invece che incrementandola si rimuove la maggior parte dell'effetto.

3. Posizione del cancello

Il punto di accesso determina la direzione in cui la plastica scorre attraverso la cavità e la direzione del flusso determina dove si formano le linee di saldatura, dove la parte si riempie per ultima e con quanta efficacia la pressione di mantenimento può comprimere le regioni spesse. Il flusso dovrebbe viaggiare dalle sezioni spesse verso quelle sottili, perché una porta che alimenta una regione sottile lascia prima la regione spessa incapace di ricevere la pressione di mantenimento, il che garantisce la depressione e i vuoti in quella zona.

La posizione del cancello decide anche dove appaiono le prove cosmetiche. Ogni cancello lascia una traccia, quindi la posizione dovrebbe essere su una superficie non estetica, ove possibile. Le linee di saldatura si formano nel punto in cui si incontrano due fronti di flusso, tipicamente dietro i fori e attorno agli inserti, e sono sia un segno estetico che un vero e proprio punto debole. La progettazione non può eliminare le linee di saldatura su una parte con fori, ma la progettazione e il posizionamento del punto di accesso determinano se finiscono in un punto strutturalmente non importante.

4. Bozza

Lo sformo è la rastremazione applicata alle pareti nella direzione in cui lo stampo si apre in modo che la parte venga rilasciata senza trascinamento. Senza uno sforzo sufficiente, l'espulsione raschia la superficie, lasciando segni di trascinamento e, nei casi peggiori, sollecita o distorce la parte durante il rilascio.

I requisiti di sformo aumentano con la profondità e con la struttura della superficie. Una caratteristica profonda necessita di una maggiore rastremazione rispetto ad una superficiale, e una superficie strutturata necessita di molto più di una superficie liscia, perché la struttura stessa agisce come un sottosquadro. L'applicazione dello sformo in una fase avanzata della progettazione è dannosa perché modifica le quote di accoppiamento, quindi è meglio applicarla dall'inizio.

5. Raggi d'angolo

Gli angoli interni acuti causano tre problemi separati. Concentrano lo stress, che è il punto in cui le parti si rompono durante il servizio. Disturbano il flusso, producendo un'area che si riempie in modo non uniforme. E nell'acciaio impongono una fresa speciale o un lavoro di elettroerosione, il che aumenta i costi degli utensili.

I raggi interni generosi risolvono tutti e tre contemporaneamente. Un raggio d'angolo che mantenga lo spessore della parete attraverso l'angolo all'incirca uguale a quello delle pareti adiacenti previene la macchia di spessore locale creata da un angolo scarsamente proporzionato.

Difetto per difetto: la causa progettuale e la soluzione progettuale

L'ultima colonna è quella praticamente utile. Laddove prevale la causa progettuale, la regolazione delle impostazioni del processo consente di ottenere un miglioramento temporaneo consumando tempo di produzione, e il difetto si ripresenta quando le condizioni cambiano. Laddove prevale la causa del processo, la modifica della geometria è un modo costoso per risolvere qualcosa gestito dall'impostazione della macchina.

Regole di progettazione di nervature, sporgenza e tassello

Nervature e sporgenze sono la fonte più comune di segni di avvallamento autoinflitti, perché entrambi attaccano massa a un muro che altrimenti sarebbe uniforme.

• Mantenere lo spessore della nervatura una frazione della parete adiacente anziché uguale ad essa. Una nervatura spessa quanto il muro crea una spessa giunzione e un segno di avvallamento sulla faccia opposta.
• Aggiungi uno sformo alle costole in modo che si rilascino in modo pulito, ricordando che una costola alta ha bisogno di più conicità di una corta.
• Distanziare adeguatamente le nervature invece di affollarle, poiché le nervature ravvicinate limitano il flusso e complicano il raffreddamento dell'acciaio tra di loro.
• Utilizzare diverse nervature meno profonde anziché una profonda quando l'obiettivo è la rigidità, poiché la profondità aggiunge difficoltà nel riempimento e nell'espulsione.
• Eliminare le sporgenze anziché lasciarle solide, in modo che lo spessore della parete della sporgenza corrisponda alla parete nominale.
• Supportare le sporgenze alte con tasselli anziché aumentare il diametro della sporgenza, che reintrodurrebbe la sezione spessa.
• Raggio alla base di ogni nervatura e sporgenza, che riduce la concentrazione dello stress senza creare una giunzione spessa se le proporzioni sono giuste.

La nostra guida alle linee guida per la progettazione di nervature e fazzoletti copre le proporzioni e la spaziatura in dettaglio, compreso il modo in cui la progettazione delle nervature interagisce con la rigidità effettivamente necessaria alla parte.

Dove il design non può risolverlo

Alcuni problemi non sono realmente legati alla geometria e trattarli come errori di progettazione fa perdere tempo.

• Le dilatazioni e le striature superficiali dovute all'umidità nelle resine igroscopiche come il policarbonato e il nylon sono un problema di asciugatura della macchina da stampa, non un problema di progettazione.
• I segni di bruciatura nell'ultima area da riempire sono solitamente un problema di ventilazione nell'utensile o un problema di velocità di iniezione sulla macchina.
• La deriva dimensionale durante un ciclo di produzione generalmente riflette la variazione del processo o il controllo della temperatura dell'utensile piuttosto che la geometria della parte.
• La contaminazione e le striature di colore sono problemi di movimentazione dei materiali.
• Il flash su un utensile che in precedenza funzionava pulito indica l'usura dell'utensile o la forza di serraggio, non una modifica di progettazione.

Esiste anche una categoria in cui il vincolo è il materiale piuttosto che la geometria. Le resine ad alto ritiro si deformano più facilmente e mantengono le tolleranze meno bene, indipendentemente dall'attenzione con cui è progettata la parte, motivo per cui materiale e geometria dovrebbero essere decisi insieme. Il nostro confronto tra i materiali per lo stampaggio a iniezione copre le differenze nel comportamento di ritiro tra le resine comuni e cosa significa per le aspettative di tolleranza.

Una lista di controllo per la revisione del progetto prima del rilascio per l'attrezzatura

Eseguilo prima che lo strumento venga citato. Ogni articolo è poco costoso da indirizzare in CAD e costoso da indirizzare in acciaio.

1. Lo spessore nominale della parete è costante in tutta la parte e ogni deviazione da esso è intenzionale e giustificata?
2. Tutte le transizioni di spessore sono sfumate anziché scalate?
3. Le sezioni spesse vengono tagliate anziché lasciate solide?
4. Lo spessore della nervatura è proporzionato alla parete adiacente anziché corrispondere ad essa?
5. Le borchie sono animate e supportate da fazzoletti anziché da diametro aggiunto?
6. Ogni superficie nella direzione dell'apertura dello stampo ha uno sformo, con uno sformo aggiuntivo dove è specificata la struttura?
7. Gli angoli interni hanno un raggio che mantiene lo spessore della parete più o meno costante attraverso l'angolo?
8. È stata concordata una posizione del cancello e il flusso scorre dalle sezioni spesse verso quelle sottili?
9. Dove si formeranno le linee di saldatura e tale posizione comporta un carico strutturale o un requisito estetico?
10. Sono presenti sottosquadri che richiedono slitte o sollevatori ed è accettato il costo aggiuntivo dell'utensileria o è possibile riprogettare la funzionalità?
11. La selezione della resina corrisponde alle aspettative di tolleranza sul disegno, dato il suo comportamento di ritiro?
12. Quali superfici sono cosmetiche e la linea di giunzione è stata tenuta lontana da esse?

Non è garantito che un pezzo che li supera tutti e dodici si stampi perfettamente, ma rimuove i difetti causati dalla geometria e lascia allo stampatore problemi che il controllo del processo può effettivamente risolvere.

Dimostrare il progetto prima di impegnare l'utensileria

La revisione del progetto rileva ciò che un revisore sa cercare. La validazione fisica fa il resto. Costruire parti prototipo prima che vengano commissionate le attrezzature per la produzione rivela problemi di adattamento e funzionamento mentre le modifiche sono ancora economiche e dove la geometria è incerta, uno strumento a basso volume dimostra il progetto nel processo reale prima che l'acciaio temprato venga tagliato.

Vale la pena essere chiari su ciò che dimostra ciascun percorso di convalida. I prototipi lavorati o stampati verificano l'idoneità, l'assemblaggio e molti requisiti funzionali, ma non riproducono il comportamento di flusso, compattazione e restringimento di una parte stampata. Laddove il problema riguarda la depressione, la deformazione o la posizione della linea di saldatura, solo un campione stampato può rispondere, ed è per questo che esistono attrezzature per ponti. La nostra convalida del prototipo prima dei servizi di attrezzaggio copre entrambi i percorsi.

Elite Mold Tech fornisce feedback sulla progettazione per la produzione durante il preventivo sui suoi servizi di stampaggio a iniezione di materie plastiche, segnalando problemi relativi allo spessore delle pareti, allo sformo, alla proporzione delle nervature e alla posizione del punto di iniezione mentre stanno ancora apportando modifiche al disegno. Invia un modello di parte a Elite Mold Tech per una revisione del progetto prima che l'utensileria venga impegnata piuttosto che per una discussione sui difetti dopo i primi scatti.

Domande frequenti